RU2488786C1 - Manufacturing method of mechanical action sensor, and mechanical action sensor - Google Patents
Manufacturing method of mechanical action sensor, and mechanical action sensor Download PDFInfo
- Publication number
- RU2488786C1 RU2488786C1 RU2012109490/28A RU2012109490A RU2488786C1 RU 2488786 C1 RU2488786 C1 RU 2488786C1 RU 2012109490/28 A RU2012109490/28 A RU 2012109490/28A RU 2012109490 A RU2012109490 A RU 2012109490A RU 2488786 C1 RU2488786 C1 RU 2488786C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- base
- spiral turns
- sensor
- sections
- sensing element
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Область техники, к которой относится изобретениеFIELD OF THE INVENTION
Настоящее изобретение относится к измерительной технике, а конкретнее - к датчику механического воздействия, предназначенному, к примеру, для взвешивания в движении (WIM - Weigh In Motion) автотранспортных средств, а также к способу изготовления такого датчика.The present invention relates to measuring equipment, and more particularly, to a mechanical impact sensor, intended, for example, for weighing in motion (WIM - Weigh In Motion) of vehicles, and also to a method for manufacturing such a sensor.
Уровень техникиState of the art
В настоящее время известно много различных датчиков веса, используемых для взвешивания в движении автотранспортных средств. Эти датчики используют, как правило, пьезоэлектрические или оптоволоконные чувствительные элементы.Currently, there are many different weight sensors used for weighing in the movement of vehicles. These sensors typically use piezoelectric or fiber optic sensors.
Например, в выложенных заявках на патент Японии №2009-264748 (опубл. 12.11.2009), №2010-032358 (опубл. 12.02.2010) и №2010-185729 (опубл. 26.08.2010) раскрыты чувствительные к давлению датчики на основе кабеля из оптического волокна.For example, Japanese Patent Application Laid-open No. 2009-264748 (publ. 12.11.2009), No. 2010-032358 (publ. 02/12/2010) and No. 2010-185729 (publ. 08.26.2010) disclose pressure-sensitive sensors based on fiber optic cable.
В выложенных заявках на патент Германии №102004036729 (опубл. 23.03.2006) и №102008018671 (опубл. 15.10.2009), а также в заявке на патент ЕПВ №0384874 (опубл. 06.02.1990) описаны емкостные пьезодатчики, устанавливаемые в дорожном полотне.German patent applications laid out No. 102004036729 (publ. March 23, 2006) and No. 102008018671 (publ. 10/15/2009), as well as EPO patent application No. 0384874 (publ. 02/06/1990) describe capacitive piezoelectric sensors installed in the roadway .
Разнообразные конструкции пьезодатчиков, пригодных для применения во взвешивающих системах, описаны, например, в патентах США №4794365 (опубл. 27.12.1988) и №5477217 (опубл. 19.12.1995), в заявке на патент США №2009/0021117 (опубл. 22.01.2009), в заявке на патент Великобритании №2042256 (опубл. 17.09.1980), в выложенных заявках на патент Японии №10-090086 (опубл. 10.04.1998), №2007-017421 (опубл. 25.01.2007) и №2010-071840 (опул. 02.04.2010), в заявке на патент Турции №9801893 (опубл. 21.04.2000).A variety of designs of piezoelectric sensors suitable for use in weighing systems are described, for example, in US patent No. 4794365 (publ. 12/27/1988) and No. 5477217 (publ. 12/19/1995), in the application for US patent No. 2009/0021117 (publ. 01/22/2009), in the application for a patent of Great Britain No. 2042256 (publ. 09/17/1980), in the laid out patent applications of Japan No. 10-090086 (publ. 04/10/1998), No. 2007-017421 (publ. January 25, 2007) and No. 2010-071840 (publ. 02.04.2010), in the patent application of Turkey No. 9801893 (publ. 21.04.2000).
Все упомянутые выше датчики имеют тот недостаток, что на их показания (при использовании таких датчиков в дорожном полотне) существенное влияние оказывает помеховое воздействие в виде поверхностной волны, распространяющейся горизонтально в дорожном полотне от каждого проезжающего колеса. В результате точность измерений с помощью таких датчиков оказывается невысокой.All the sensors mentioned above have the disadvantage that their readings (when using such sensors in the roadway) are significantly affected by the interference effect in the form of a surface wave propagating horizontally in the roadway from each passing wheel. As a result, the accuracy of measurements using such sensors is low.
Известно много различных средств для борьбы с таким помеховым воздействием. К примеру, пьезоэлектрические или оптоволоконные датчики помещают в полую трубку, как в публикации международной заявки №WO 03/84874 (опубл. 06.02.1990). Размещение пьезодатчиков в трубке описывается также в патентах США №5206642 (опубл. 27.04.1993) и №5265481 (опубл. 30.11.1993), в выложенной заявке на патент Японии №2010-197086 (опубл. 09.09.2010). Использование дополнительных прокладок для изоляции уложенных в дорожное полотно пьезодатчиков от воздействия поверхностной волны раскрыто, например, в патентах США №5571961 (опубл. 05.11.1996) и №5668540 (опубл. 16.09.1997), в выложенных заявках на патент Японии №2002-063685 (опубл. 28.02.2002) и №2007-240541 (опубл. 20.09.2007). Наиболее подробно раскрыты такие средства борьбы с мешающими воздействиями в патенте США №5461924 (опубл. 31.10.1995). Тем не менее, этих средств зачастую недостаточно для надежной изоляции датчика давления от действия поверхностной волны, распространяющейся в дорожном полотне или иной среде практически перпендикулярно измеряемому воздействию. К тому же такие дополнительные средства для изоляции поверхностной волны сильно удорожают получающиеся датчики.Many different means are known to combat such interference. For example, piezoelectric or fiber optic sensors are placed in a hollow tube, as in the publication of international application No. WO 03/84874 (publ. 06.02.1990). The placement of the piezoelectric sensors in the tube is also described in US patent No. 5206642 (publ. 04/27/1993) and No. 5265481 (publ. 30.11.1993), in Japanese patent application laid out No. 2010-197086 (publ. 09/09/2010). The use of additional gaskets to isolate piezoelectric sensors laid in the roadway from the effects of a surface wave is disclosed, for example, in US Pat. Nos. 5,571,961 (publ. November 5, 1996) and No. 5,666,540 (publ. September 16, 1997), in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002- 063685 (published on February 28, 2002) and No. 2007-240541 (published on September 20, 2007). The most detailed disclosed such means of combating interfering effects in US patent No. 5461924 (publ. 10/31/1995). However, these tools are often not enough to reliably isolate the pressure sensor from the action of a surface wave propagating in the roadway or other medium almost perpendicular to the measured effect. In addition, such additional means for isolating the surface wave greatly increase the cost of the resulting sensors.
В заявке на патент ЕПВ №0186534 (опубл. 12.11.1985) предпринята попытка обойти эту проблему за счет секционирования датчика на его протяжении поперек дорожного полотна. В этом случае сигнал от мешающего воздействия (поверхностной волны) интегрируется не на всем протяжении датчика (несколько метров), а только на отдельных секциях (десятки сантиметров), на которые приходится давление от колес проезжающего автотранспортного средства. При этом общее соотношение сигнал-шум такого датчика возрастает, поскольку секции, не выдающие полезного сигнала (не оказавшиеся под колесами автотранспортного средства), не участвуют в формировании сигнала измерения. Однако и в этом случае проблема устранения мешающего воздействия, хотя и в уменьшенном виде, остается по-прежнему.In patent application EPO No. 0186534 (publ. 12.11.1985), an attempt was made to circumvent this problem by sectioning the sensor along its length across the roadway. In this case, the signal from the interfering effect (surface wave) is not integrated over the entire length of the sensor (several meters), but only in separate sections (tens of centimeters), which account for the pressure from the wheels of a passing vehicle. In this case, the overall signal-to-noise ratio of such a sensor increases, since the sections that do not produce a useful signal (which do not appear under the wheels of the vehicle) do not participate in the formation of the measurement signal. However, in this case, too, the problem of eliminating the interfering effect, although in a reduced form, remains.
Раскрытие изобретенияDisclosure of invention
Таким образом, существует потребность в датчике механического воздействия (в частности, давления), который позволял бы при его установке, например, в дорожное полотно, повысить соотношение сигнал-шум без больших дополнительных затрат.Thus, there is a need for a sensor of mechanical impact (in particular, pressure), which would allow, when installed, for example, in the roadway, to increase the signal-to-noise ratio without large additional costs.
Для решения этой задачи и достижения указанного технического результата в первом объекте настоящего изобретения предложен датчик механического воздействия, предназначенный для нахождения измеряемого механического воздействия в присутствии мешающего механического воздействия и содержащий: основание датчика, максимальная толщина которого намного меньше двух других его измерений; чувствительный элемент удлиненной формы, охватывающий основание спиральными витками так, что короткий участок каждого из спиральных витков проходит по толщине основания; при этом короткие участки спиральных витков предназначены для ориентирования в плоскости, практически перпендикулярной направлению прихода мешающего воздействия, а длинные участки спиральных витков предназначены для ориентирования в плоскости, практически перпендикулярной направлению прихода измеряемого воздействия.To solve this problem and achieve the indicated technical result, in a first aspect of the present invention, there is provided a mechanical impact sensor for detecting a measurable mechanical effect in the presence of an interfering mechanical effect and comprising: a sensor base, the maximum thickness of which is much less than its other two measurements; an elongated sensitive element covering the base with spiral turns so that a short portion of each of the spiral turns passes through the thickness of the base; while short sections of spiral turns are intended for orientation in a plane almost perpendicular to the direction of arrival of the interfering effect, and long sections of spiral turns are intended for orientation in a plane practically perpendicular to the direction of arrival of the measured effect.
Особенность датчика по настоящему изобретению состоит в том, что короткие участки спиральных витков могут быть покрыты слоем материала, снижающего проникновение мешающего механического воздействия.A feature of the sensor of the present invention is that short sections of spiral turns can be coated with a layer of material that reduces the penetration of interfering mechanical stress.
Еще одна особенность датчика по настоящему изобретению состоит в том, что чувствительный элемент может быть выполнен в виде пьезоэлектрического кабеля или оптоволоконного кабеля, а основание - в виде прямоугольной полосы, на которой длинные участки спиральных витков расположены практически перпендикулярно наибольшему измерению этой прямоугольной полосы. В этом случае основание может иметь поперечное сечение в виде прямоугольника или эллипса.Another feature of the sensor of the present invention is that the sensing element can be made in the form of a piezoelectric cable or fiber optic cable, and the base can be in the form of a rectangular strip on which long sections of spiral turns are located almost perpendicular to the largest dimension of this rectangular strip. In this case, the base may have a cross section in the form of a rectangle or ellipse.
Другая особенность датчика по настоящему изобретению состоит в том, что чувствительный элемент может быть выполнен в виде тензометрической проволоки, а основание - в виде прямоугольной полосы, у которой края длинных сторон отогнуты в одну и ту же сторону, и длинные участки спиральных витков расположены практически перпендикулярно наибольшему измерению прямоугольной полосы. В этом случае тензометрическую проволоку могут закреплять в местах соприкосновения с отогнутыми краями длинных сторон.Another feature of the sensor of the present invention is that the sensing element can be made in the form of a strain gauge wire, and the base can be in the form of a rectangular strip, in which the edges of the long sides are bent to the same side, and the long sections of the spiral turns are almost perpendicular the largest dimension of a rectangular strip. In this case, the strain gauge wire can be fixed in contact with the curved edges of the long sides.
Еще одна особенность датчика по настоящему изобретению состоит в том, что радиус изгиба между коротким и длинным участками каждого из спиральных витков может быть выбран минимально возможным из условия обеспечения механической целостности чувствительного элемента.Another feature of the sensor of the present invention is that the bending radius between the short and long sections of each of the spiral turns can be selected as minimal as possible from the condition of ensuring the mechanical integrity of the sensing element.
Еще одна особенность датчика по настоящему изобретению состоит в том, что спиральные витки чувствительного элемента могут быть выполнены в виде отдельных смежных секций, выводы каждой из которых изолированы от измеряемого и мешающего воздействий.Another feature of the sensor of the present invention is that the spiral coils of the sensing element can be made in the form of separate adjacent sections, the conclusions of each of which are isolated from the measured and interfering influences.
Наконец, еще одна особенность датчика по настоящему изобретению состоит в том, что секции спиральных витков имеют протяженность вдоль наибольшего измерения основания не менее ширины колеса автотранспортного средства.Finally, another feature of the sensor of the present invention is that the sections of spiral turns have a length along the largest dimension of the base is not less than the width of the wheel of the vehicle.
Для решения той же задачи и достижения того же технического результата во втором объекте настоящего изобретения предложен способ изготовления датчика механического воздействия, предназначенного для нахождения измеряемого воздействия в присутствии мешающего воздействия и содержащего чувствительный элемент удлиненной формы, заключающийся в том, что: обеспечивают основание датчика, максимальная толщина которого намного меньше двух других его измерений; охватывают основание чувствительным элементом в виде спиральных витков так, что короткая часть каждого из спиральных витков проходит по толщине основания; при этом короткие части спиральных витков предназначены для ориентирования в плоскости, практически перпендикулярной направлению прихода мешающего воздействия, а длинные части спиральных витков предназначены для ориентирования в плоскости, практически перпендикулярной направлению прихода измеряемого воздействия.To solve the same problem and achieve the same technical result, in a second aspect of the present invention, there is provided a method for manufacturing a mechanical impact sensor designed to find a measurable effect in the presence of an interfering effect and containing an elongated sensitive element, namely: providing a sensor base, maximum whose thickness is much less than its other two dimensions; cover the base with a sensing element in the form of spiral turns so that a short part of each of the spiral turns passes through the thickness of the base; while the short parts of the spiral turns are intended for orientation in a plane almost perpendicular to the direction of arrival of the interfering effect, and the long parts of the spiral turns are intended for orientation in a plane practically perpendicular to the direction of arrival of the measured effect.
Особенность способа по настоящему изобретению состоит в том, что короткие участки спиральных витков могут быть покрыты слоем материала, снижающего проникновение упомянутого мешающего механического воздействия.A feature of the method of the present invention is that short sections of spiral turns can be coated with a layer of material that reduces the penetration of said interfering mechanical stress.
Еще одна особенность способа по настоящему изобретению состоит в том, что чувствительный элемент могут выполнять в виде пьезоэлектрического кабеля или оптоволоконного кабеля, а форму основания могут выбирать в виде прямоугольной полосы и располагать длинные участки спиральных витков практически перпендикулярно наибольшему измерению этой прямоугольной полосы. В этом случае основание имеет поперечное сечение в виде прямоугольника или эллипса.Another feature of the method of the present invention is that the sensing element can be made in the form of a piezoelectric cable or fiber optic cable, and the shape of the base can be selected in the form of a rectangular strip and long sections of spiral turns can be arranged almost perpendicular to the largest dimension of this rectangular strip. In this case, the base has a cross section in the form of a rectangle or ellipse.
Другая особенность способа по настоящему изобретению состоит в том, что чувствительный элемент могут выполнять в виде тензометрической проволоки, а основание - в виде прямоугольной полосы, у которой края длинных сторон отогнуты в одну и ту же сторону, и могут располагать длинные участки спиральных витков практически перпендикулярно наибольшему измерению полосы. В этом случае тензометрическую проволоку могут закреплять в местах соприкосновения с отогнутыми краями длинных сторон.Another feature of the method of the present invention is that the sensing element can be made in the form of a strain gauge wire, and the base can be in the form of a rectangular strip, in which the edges of the long sides are bent to the same side, and can have long sections of spiral turns almost perpendicular the largest dimension of the strip. In this case, the strain gauge wire can be fixed in contact with the curved edges of the long sides.
Еще одна особенность способа по настоящему изобретению состоит в том, что радиус изгиба между коротким и длинным участками каждого из спиральных витков могут выбирать минимально возможным из условия обеспечения механической целостности чувствительного элемента.Another feature of the method of the present invention is that the bending radius between the short and long sections of each of the spiral turns can be selected as minimally possible from the condition of ensuring the mechanical integrity of the sensing element.
Еще одна особенность способа по настоящему изобретению состоит в том, что спиральные витки чувствительного элемента могут выполнять в виде отдельных секций, выводы каждой из которых изолированы от измеряемого и мешающего воздействий.Another feature of the method of the present invention is that the spiral coils of the sensing element can be made in separate sections, the conclusions of each of which are isolated from the measured and interfering influences.
Наконец, еще одна особенность способа по настоящему изобретению состоит в том, что в случае предназначения датчика для поколесного взвешивания автотранспортного средства секции спиральных витков могут располагать на основании на расстоянии одна от другой не больше расстояния между внутренними сторонами колес того автотранспортного средства, которое имеет минимальное разнесение колес на одной оси.Finally, another feature of the method according to the present invention is that in the case of a sensor intended for weighing the vehicle by weight, the sections of spiral turns can be located on the base at a distance from one another no more than the distance between the inner sides of the wheels of the vehicle that has a minimum spacing wheels on one axle.
Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings
Настоящее изобретение иллюстрируется приложенными чертежами, на которых одинаковым элементам на разных чертежах присвоены одинаковые ссылочные позиции.The present invention is illustrated by the attached drawings, in which the same elements in different drawings are assigned the same reference position.
Фиг.1 показывает условный вид, поясняющий размещение датчика, предназначенного для измерения веса проезжающего автотранспортного средства, в дорожном полотне и направление воздействующих на такой датчик механических усилий.Figure 1 shows a conditional view explaining the placement of a sensor for measuring the weight of a passing vehicle in a roadway and the direction of mechanical forces acting on such a sensor.
Фиг.2 показывает один пример выполнения датчика по настоящему изобретению.2 shows one embodiment of a sensor of the present invention.
Фиг.3 иллюстрирует пример выполнения секционированного датчика по настоящему изобретению.Figure 3 illustrates an example implementation of the partitioned sensor of the present invention.
Фиг.4 показывает другой пример выполнения датчика по настоящему изобретению.4 shows another exemplary embodiment of the sensor of the present invention.
Подробное описание вариантов осуществления изобретенияDetailed Description of Embodiments
Датчик механического воздействия по настоящему изобретению предназначен для нахождения измеряемого механического воздействия в присутствии мешающего механического воздействия. Такой датчик можно использовать в случае, когда необходимо измерять первое усилие при наличии второго усилия, направленного под углом к первому.The mechanical impact sensor of the present invention is intended to detect a measurable mechanical effect in the presence of an interfering mechanical effect. Such a sensor can be used when it is necessary to measure the first force in the presence of a second force directed at an angle to the first.
Например, такая задача возникает при измерении веса автотранспортного средства, проезжающего по датчику 1, встроенному в поверхность дорожного полотна 2 (Фиг.1). При этом в самом дорожном полотне 2 возникает механическое колебание, распространяющееся вдоль его поверхности, так что на датчик 1 одновременно воздействуют как вес Р проезжающего автотранспортного средства (на Фиг.1 условно пунктирной линией показано колесо этого автотранспортного средства), так и усилие К от упомянутого колебания. Вес Р направлен на датчик 1 по вертикали, тогда как воздействие К механического колебания в дорожном полотне 2 направлено по горизонтали.For example, such a task arises when measuring the weight of a motor vehicle traveling through a
В том случае, когда чувствительный элемент датчика 1 по настоящему изобретению выполнен в виде пьезоэлектрического кабеля или оптоволоконного кабеля, изменяющего свои свойства при надавливании на него, датчик 1 содержит (Фиг.2) основание 3, которое представляет собой, как правило, удлиненную пластину из подходящего материала, например, пластмассы или алюминия. Поперечное сечение этой пластины может быть прямоугольным или эллиптическим. Характерно, что максимальная толщина такой пластины намного меньше двух других измерений. На Фиг.2 основание 3 изображено в виде прямоугольной в сечении пластины, толщина b которой намного (по меньшей мере в 5 раз) короче ширины l и длины a.In the case when the
Как уже отмечено, в датчиках веса, используемых для взвешивания в движении автотранспортных средств, чаще всего применяются пьезоэлектрические или оптоволоконные чувствительные элементы. В датчике по настоящему изобретению также возможно использование таких чувствительных элементов. На Фиг.2 чувствительный элемент 4, представляющий собой длинный пьезоэлектрический или оптоволоконный кабель, охватывает основание 3 спиральными витками. На Фиг.2 эти спиральные витки изображены разнесенными друг от друга с шагом h, однако это не является обязательным, и витки могут быть расположены вплотную один к другому. Длинный участок каждого из этих спиральных витков проходит по ширине l основания 3, а короткий участок каждого из спиральных витков проходит по толщине b основания 3. Таким образом, датчик 1 получается в виде длинной спирали, навитой на основание 3.As already noted, in the weight sensors used for weighing in the movement of vehicles, piezoelectric or fiber optic sensors are most often used. It is also possible to use such sensing elements in the sensor of the present invention. In figure 2, the sensing element 4, which is a long piezoelectric or fiber optic cable, covers the
Датчик 1, если он предназначен для установки в дорожное полотно 2, должен размещаться поперек направления движения автотранспортных средств, проезжающих по этому дорожному полотну 2. При этом короткие участки спиральных витков предназначены для ориентирования в плоскости, практически перпендикулярной направлению прихода мешающего воздействия (в данном случае, усилия К на Фиг.1), а длинные участки спиральных витков предназначены для ориентирования в плоскости, практически перпендикулярной направлению прихода измеряемого воздействия (в данном случае, усилия Р на Фиг.1). Любое из этих воздействий воспринимается чувствительным элементом 4, если какой-либо из его отрезков расположен под некоторым углом к направлению прихода данного воздействия. Или - что то же - интенсивность сигнала, возникающего в чувствительном элементе 4 под влиянием некоторого воздействия, пропорциональна проекции соответствующего отрезка чувствительного элемента 4 на плоскость, перпендикулярную направлению прихода этого воздействия.
Спиральные витки чувствительного элемента 4 на основании 3 могут быть навиты по-разному. Например, если длинные участки спиральных витков перпендикулярны длине a основания 3, то короткие участки этих спиральных витков будут проходить по толщине b под некоторым углом. В этом случае измеряемое воздействие (т.е. вес Р) будет восприниматься всеми - и длинными, и короткими - отрезками спиральных витков. Поскольку, как указано выше, b<<l, можно приближенно считать, что измеряемое воздействие будет восприниматься всем спиральным витком, т.е. всей его длиной, равной 2(l+h). Мешающее же воздействие (т.е. усилие К) будет восприниматься только короткими отрезками спиральных витков, поскольку длинные отрезки повернуты торцами к направлению прихода этого усилия К. Следовательно, восприятие мешающего воздействия К будет осуществляться на каждом спиральном витке на длине 2h. Тогда соотношение сигналов от измеряемого и мешающего воздействий в чувствительном элементе 4 будет примерно пропорционально (l+h)/h.The spiral turns of the sensor element 4 on the
Спиральные витки можно навивать и иначе. К примеру, они могут проходить наискось по ширине l и перпендикулярно по толщине 6 (косая навивка). Тогда нетрудно показать, что соотношение сигналов от измеряемого и мешающего воздействий в чувствительном элементе 4 будет примерно пропорционально
В случае пилообразной навивки, когда короткие участки проходят перпендикулярно по толщине b, длинный участок на верхней стороне основания 3 проходит наискось по ширине l, а длинный участок на нижней стороне проходит перпендикулярно по ширине l, можно показать, что соотношение сигналов от измеряемого и мешающего воздействий в чувствительном элементе 4 будет примерно пропорционально
Как видно из этих выражений, предпочтительно навивать спиральные витки чувствительного элемента 4 на основание 3 так, чтобы их длинные участки были перпендикулярны направлению прихода мешающего воздействия. Для случая датчика, предназначенного для измерения веса проезжающего автотранспортного средства, целесообразно располагать длинные участки спиральных витков чувствительного элемента 4 перпендикулярно наибольшему размеру основания 3 (т.е. длине о на Фиг.2). При таком расположении спиральных витков предпочтительно покрывать их короткие отрезки слоем материала, снижающего проникновение мешающего механического воздействия. В частности, как показано на Фиг.2, можно размещать поверх всей узкой стороны основания 3 (толщины 6), по которой проходят короткие отрезки спиральных витков чувствительного элемента 4, слой, поглощающий (отражающий) упругие колебания, распространяющиеся в полотне дорожного покрытия 2. В качестве такого материала можно выбрать любой подходящий материал, например, резину или пенополистирол (см. также вышеупомянутые заявку Японии №2010-071840 и патент США №5461924).As can be seen from these expressions, it is preferable to wind the spiral turns of the sensitive element 4 on the
При навивке спиральных витков чувствительного элемента 4 на основание 3 следует учитывать механическую прочность материала, из которого изготовлен навиваемый кабель. В частности, радиус изгиба между коротким и длинным участками каждого из спиральных витков следует выбирать минимально возможным из условия обеспечения механической целостности чувствительного элемента 4.When winding spiral coils of the sensing element 4 onto the
Однако в качестве чувствительного элемента может использоваться и тензометрическая проволока, изменяющая свою проводимость при растяжении. В этом случае датчик 1 содержит (Фиг.4) основание 3, которое в данном случае выполнено в виде прямоугольной полосы, края длинных сторон которой отогнуты в одну и ту же сторону (вверх на Фиг.4). Как и на Фиг.2, максимальная толщина b такой пластины (с учетом отогнутых краев) намного меньше двух других измерений (a и l). В качестве материала такой полосы можно использовать любой непроводящий материал, например, пластмассу.However, a strain gauge wire that changes its tensile conductivity can also be used as a sensitive element. In this case, the
На Фиг.4 длинные участки спиральных витков расположены практически перпендикулярно наибольшему измерению a упомянутой прямоугольной полосы. Разумеется, все сказанное выше для Фиг.2 о расположении спиральных витков, применимо и в данном случае. Тензометрическая проволока закреплена в местах соприкосновения спиральных витков с отогнутыми краями длинных сторон. Основание 3 может быть выполнено и в виде двух полос с отогнутыми краями, соединенных своими выпуклыми частями, так что в сечении основания 3 образуется фигура, напоминающая букву «X». При этом короткие участки спиральных витков будут проходить в вертикальном или наклонном направлении на Фиг.4. Здесь также возможно использовать на боковых сторонах основания 3 слой материала, поглощающего помеховое воздействие.In Fig. 4, long sections of spiral turns are located almost perpendicular to the largest dimension a of said rectangular strip. Of course, all of the above for Figure 2 about the location of the spiral turns, applies in this case. The strain gauge wire is fixed at the points of contact of the spiral turns with the curved edges of the long sides. The
Хотя на Фиг.2 и 4 датчик 1 изображен состоящим из спиральных витков, навитых один за другим непрерывным кабелем или проволокой, такое выполнение датчика 1 необязательно. Например, датчик 1 может быть изготовлен так, чтобы спиральные витки чувствительного элемента 4 были выполнены в виде отдельных смежных секций, как это имеет место в вышеупомянутой заявке ЕПВ №0186534. Такое выполнение показано на Фиг.3. При этом отдельные секции 5, из которых состоит чувствительный элемент 4, имеют протяженность вдоль наибольшего измерения основания 3 (т.е. вдоль длины a) не менее ширины колеса автотранспортного средства. Разумеется, в качестве такого колеса следует выбирать колесо, имеющее наибольшую ширину. Выводы 6 каждой из отдельных секций 5 изолированы от измеряемого и мешающего воздействий, например, путем их размещения внутри трубки из отмеченного выше материала, поглощающего (отражающего) упругие колебания, распространяющиеся в полотне дорожного покрытия 2. В качестве иного выполнения можно предложить размещать на концах кабеля, из которого навита каждая отдельная секция 5, соответствующие преобразователи, обеспечивающие преобразование формируемого в секции сигнала в электрический сигнал. Например, при использовании оптоволоконного чувствительного элемента 4 это будут фотоэлектрические или фотоэлектронные преобразователи, известные специалистам.Although in FIGS. 2 and 4, the
Работа предложенного датчика происходит следующим образом.The operation of the proposed sensor is as follows.
После размещения датчика 1, изготовленного вышеуказанным образом, в полотне дорожного покрытия 2 заподлицо с поверхностью этого покрытия или под защитной пленкой для удлинения срока службы этого датчика 1 подключают выводы 6 датчика 1 или каждой его секции 5 к соответствующим измерителям. В частности, если датчик 1 выполнен на пьезоэлектрическом кабеле или тензометрической проволоке, выводы 6 каждой секции могут быть подключены к измерительному мосту; если же датчик 1 выполнен на оптоволоконном кабеле, выводы 6 каждой секции сначала преобразуются в электрические сигналы, которые затем могут обрабатываться в аналоговом или цифровом виде, как это известно специалистам.After placing the
При наезде колеса автотранспортного средства на датчик 1, размещенный в полотне дорожного покрытия 2, усилие Р воздействует на чувствительный элемент 4 датчика 1, вызывая изменение физических свойств данного чувствительного элемента. Если чувствительный элемент 4 выполнен в виде пьезоэлектрического или оптоволоконного кабеля, воздействие усилия Р, сжимающего поперечное сечение этого кабеля, вызовет изменение коэффициента пропускания электрического или светового сигнала через кабель. Если же чувствительный элемент 4 выполнен в виде тензометрической проволоки, воздействие усилия Р, разводящего в стороны края основания 3 (см. Фиг.4), вызовет растяжение тензометрической проволоки и, как следствие, увеличение ее сопротивления. Эти изменения измеряются соответствующими измерителями. Однако на датчик 1 влияет также и мешающее воздействие К, искажающее измерение. Предложенная конструкция датчика 1 за счет специфического расположения чувствительного элемента 4 позволяет уменьшить влияние мешающего воздействия и тем самым повысить соотношение сигнал-шум на выходе такого датчика, что ведет к повышению точности измерений.When the wheel of a vehicle is hit by a
Благодаря описанному датчику, изготовленному описанным выше способом, можно резко удешевить не только процесс изготовления, но также и процесс установки таких датчиков, поскольку датчик может быть целиком изготовлен в промышленных условиях, и при его установке в дорожное полотно не требуется сложных операций по обустройству канала для датчика, как это имеет место в описанных выше аналогах.Thanks to the described sensor manufactured in the manner described above, it is possible to sharply reduce the cost of not only the manufacturing process, but also the installation process of such sensors, since the sensor can be completely manufactured in an industrial environment, and when it is installed in the roadway, complex canalization operations are not required for sensor, as is the case in the analogues described above.
Claims (18)
- основание датчика, максимальная толщина которого намного меньше двух других его измерений;
- чувствительный элемент удлиненной формы, охватывающий упомянутое основание спиральными витками так, что короткий участок каждого из упомянутых спиральных витков проходит по толщине упомянутого основания;
- при этом упомянутые короткие участки спиральных витков предназначены для ориентирования в плоскости, практически перпендикулярной направлению прихода упомянутого мешающего воздействия, а длинные участки упомянутых спиральных витков предназначены для ориентирования в плоскости, практически перпендикулярной направлению прихода упомянутого измеряемого воздействия.1. The mechanical impact sensor, designed to find the measured mechanical stress in the presence of interfering mechanical stress and containing:
- the base of the sensor, the maximum thickness of which is much less than its other two measurements;
- an elongated sensing element covering said base with spiral turns so that a short portion of each of said spiral turns passes through the thickness of said base;
- while the above-mentioned short sections of spiral turns are intended for orientation in a plane almost perpendicular to the direction of arrival of the said interfering effect, and the long sections of these spiral turns are intended for orientation in a plane practically perpendicular to the direction of arrival of the said measured influence.
- обеспечивают основание датчика, максимальная толщина которого намного меньше двух других его измерений;
- охватывают упомянутое основание упомянутым чувствительным элементом в виде спиральных витков так, что короткий участок каждого из упомянутых спиральных витков проходит по толщине упомянутого основания;
- при этом упомянутые короткие участки спиральных витков предназначены для ориентирования в плоскости, практически перпендикулярной направлению прихода упомянутого мешающего воздействия, а длинные участки упомянутых спиральных витков предназначены для ориентирования в плоскости, практически перпендикулярной направлению прихода упомянутого измеряемого воздействия.10. A method of manufacturing a mechanical impact sensor, designed to find the measured impact in the presence of an interfering effect and containing a sensitive element of elongated shape, namely:
- provide a sensor base, the maximum thickness of which is much less than its other two measurements;
- cover said base with said sensing element in the form of spiral turns so that a short section of each of said spiral turns passes through the thickness of said base;
- while the above-mentioned short sections of spiral turns are intended for orientation in a plane almost perpendicular to the direction of arrival of the said interfering effect, and the long sections of these spiral turns are intended for orientation in a plane practically perpendicular to the direction of arrival of the said measured influence.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012109490/28A RU2488786C1 (en) | 2012-03-14 | 2012-03-14 | Manufacturing method of mechanical action sensor, and mechanical action sensor |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012109490/28A RU2488786C1 (en) | 2012-03-14 | 2012-03-14 | Manufacturing method of mechanical action sensor, and mechanical action sensor |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2488786C1 true RU2488786C1 (en) | 2013-07-27 |
Family
ID=49155709
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2012109490/28A RU2488786C1 (en) | 2012-03-14 | 2012-03-14 | Manufacturing method of mechanical action sensor, and mechanical action sensor |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2488786C1 (en) |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB2250813A (en) * | 1990-12-15 | 1992-06-17 | British Aerospace | Weighing apparatus for vehicles |
US5461924A (en) * | 1993-11-23 | 1995-10-31 | K.K. Holding Ag | Sensor arrangement for installation in carriageways and runways |
-
2012
- 2012-03-14 RU RU2012109490/28A patent/RU2488786C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB2250813A (en) * | 1990-12-15 | 1992-06-17 | British Aerospace | Weighing apparatus for vehicles |
US5461924A (en) * | 1993-11-23 | 1995-10-31 | K.K. Holding Ag | Sensor arrangement for installation in carriageways and runways |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US9816853B2 (en) | Fibre optic cable for acoustic/seismic sensing | |
CA2839212C (en) | Fiber optic cable with increased directional sensitivity | |
US20120069324A1 (en) | High resolution large displacement/crack sensor | |
KR100984378B1 (en) | Vehicle weight measuring apparatus | |
US7714271B1 (en) | Simple fiber optic seismometer for harsh environments | |
US10041826B2 (en) | Force sensor device for detecting the weight of a vehicle | |
CN109196394A (en) | Utilize the displacement detector of fiber-optic grating sensor and its adjusting method of sensitivity, durability | |
CN102628708A (en) | Vehicle load dynamic weighing method for orthotropic bridge deck steel box girder bridge | |
ES2965382T3 (en) | Mechanical strain amplifier transducer | |
JP2014529070A5 (en) | ||
JP2013515947A (en) | Optical fiber sensor based on spiral configuration | |
JP2010185729A (en) | Distributed optical fiber pressure sensor cable | |
CN104990649B (en) | A kind of simple steel strand prestress measurement apparatus and method | |
RU2488786C1 (en) | Manufacturing method of mechanical action sensor, and mechanical action sensor | |
KR20120050938A (en) | Bending sensor apparatus | |
KR100579008B1 (en) | Bending Beam Type Weight-In-Motion | |
JP6482549B2 (en) | Equipment for wear monitoring in multiple overhead lines | |
JP2008139238A (en) | Optical fiber sensor cable | |
JP2000018981A (en) | Optical fiber sensor | |
JP5233292B2 (en) | Cable type load sensor | |
JP2009174899A (en) | Cable type load sensor | |
JP2007333713A (en) | Conversion mechanism for fbg and sensor applying the same | |
RU2629918C1 (en) | Sensitive element | |
KR101124593B1 (en) | Measuring apparatus for snowfall and measuring method using the same | |
JP2022532081A (en) | Transducer assembly |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20170315 |